第2章 计算机系统基础知识
核心知识点
1. 冯·诺伊曼结构
- 定义：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成，内部运算采用二进制，程序存储在存储器中
- 要点：现代计算机均基于此理论；控制器+运算器=处理器（CPU）
- 考试角度：选择题问组成部件
- 关联真题：基础知识题
2. 处理器指令集（★★★ 高频）
- 定义：CPU的指令集按复杂程度分为两类
- 要点：
- CISC（复杂指令集）：Intel/AMD x86为代表，指令多、长度可变
- RISC（精简指令集）：ARM、Power为代表，指令少、长度固定、流水线效率高
- 趋势：RISC是发展方向
- 专用处理器：GPU（并行计算、深度学习）、DSP（实时信号处理）、FPGA（可编程逻辑）
- 考试角度：CISC vs RISC对比，各处理器特点
- 关联真题：2023下、2024上
3. 存储器层次结构（★★ 高频）
- 定义：按与处理器物理距离分为4层
- 要点： | 层次 | 类型 | 特点 | |------|------|------| | L1/L2 Cache | SRAM | 最快、容量最小（KB级） | | L3 Cache | SRAM | 片外缓存（MB级） | | 主存（内存） | DRAM | 需充电维持，容量GB级 | | 外存 | Flash/Disk | 掉电保持，容量TB级 |
- 考试角度：存储器层次排序、访问速度排序
- 关联真题：每年几乎必考1题（如页大小计算、位示图等）
4. 操作系统（★★★ 高频）
- 定义：计算机系统的资源管理者，是配置在硬件上的第1层软件
- 要点：
- 四大特征：并发性（宏观同时、微观交替）、共享性、虚拟性、不确定性
- 分类： | 类型 | 特点 | |------|------| | 批处理 | 多道、宏观并行、微观串行 | | 分时系统 | 时间片轮转、多路性、独立性、交互性、及时性 | | 实时系统 | 高可靠性、快速响应（硬实时/软实时） | | 网络操作系统 | 网络通信、资源共享 | | 分布式操作系统 | 透明性、可靠性、高性能 | | 嵌入式操作系统 | 微型化、可定制、实时性、可靠性 |
5. 进程与死锁（★★★ 必考）
- 定义：进程是程序的执行实例；死锁是多个进程互相等待资源
- 要点：
- 死锁4个必要条件：互斥、保持和等待、不剥夺、环路等待
- 死锁避免公式：n个进程各需m个资源，至少需要 n×(m-1)+1 个资源
- 例：5个进程各需2个资源→5×1+1=6个资源
- 进程与线程：线程是进程内的执行单元，线程切换开销更小
- 考试角度：计算避免死锁的最少资源数（公式必记）
- 关联真题：2025上第6题（5进程各2资源→6个）、2024上、2023下
6. 总线与I/O控制方式
- 定义：总线是计算机部件间数据交换的形式
- 要点：
- 总线分类：内总线（片上）、系统总线（CPU-主存-I/O）、外部总线（通信总线）
- I/O控制方式：无条件传送、中断方式、程序查询、DMA方式（直接内存访问）
- DMA：适用于高速外设，CPU不参与数据传输
- 考试角度：总线分类、I/O控制方式比较
- 关联真题：2024下
7. 计算机网络基础
- 定义：通信方式与传输速率计算
- 要点：
- 通信方式：单工、半双工、全双工
- 半双工至少需要2个逻辑通道
- 奈奎斯特公式：最大传输速率 = 2W×log₂V（W带宽，V信号状态数）
- 例：带宽3000Hz，32种信号→2×3000×log₂32=60000bps=60kbps
- 考试角度：通信方式、传输速率计算
- 关联真题：2025上第4题、第7题
真题考点映射
| 真题 | 考点 | |------|------| | 2025上-1 | 页大小4KB，内存16GB，位示图大小计算 | | 2025上-6 | 死锁避免：5进程各2资源，至少6个 | | 2025上-7 | 信道带宽与最大传输速率计算 | | 2025上-13 | 死锁：5进程各2资源 | | 2024上 | 存储管理、进程调度 | | 2023下 | 操作系统分类、I/O控制 |
易错点
- 死锁避免公式是 n×(m-1)+1，不是 n×m+1
- 分时系统的特点是交互性，实时系统的特点是可靠性
- DMA方式中CPU不参与数据传输，但DMA开始前和结束后CPU需要介入
- 奈奎斯特公式是2W×log₂V，不是W×log₂V